阳离子聚电解质强化絮凝去除有机污染物的化学成因

强化絮凝工艺已在去除有机污染物的水处理工艺中得到较好应用,但其作用机理一直未能得到明晰的结论,而且阳离子聚电解质强化絮凝具有“高效性”和“专属性”的问题也无法回答。近年来由于分子环境科学及先进化学分析手段的应用,基于不同絮凝化学成因的强化絮凝技术研究已成为环境水化学和水污染控制技术领域的研究热点。本文综述了国际上近年提出的专属吸附絮凝、聚电解质络合絮凝和胶束吸附絮凝等强化絮凝技术化学成因的研究现状,并对今后的研究提出了展望。     

阳离子聚电解质强化絮凝去除有机污染物的化学成因

强化絮凝工艺已在去除有机污染物的水处理工艺中得到较好应用,但其作用机理一直未能得到明晰的结论,而且阳离子聚电解质强化絮凝具有"高效性"和"专属性"的问题也无法回答.近年来由于分子环境科学及先进化学分析手段的应用,基于不同絮凝化学成因的强化絮凝技术研究已成为环境水化学和水污染控制技术领域的研究热点.本文综述了国际上近年提出的专属吸附絮凝、聚电解质络合絮凝和胶束吸附絮凝等强化絮凝技术化学成因的研究现状,并对今后的研究提出了展望.     

甲壳素-壳聚糖对皂土悬浮液的絮凝

研究了三种摩尔质量大体相同而脱乙酰度分别为93%、78%和62%的甲壳素-壳聚糖在pH=3～6范围内对皂土悬浮液的絮凝性质, 并与非离子型絮凝剂聚丙烯酰胺作了比较, 证明含自由氨基的甲壳素-壳聚糖在酸性溶液中形成阳离子聚电解质后. 对带负电的皂土悬浮颗粒有很好的絮凝能力. 通过对上述三种聚合物的絮凝能力、在皂土颗粒表面的吸附量等测定, 认为絮凝中桥连机制起了主导作用, 但聚合物所带正电荷则有利于被皂土颗粒所吸附, 电中和还降低了颗粒间的静电排斥, 这都对桥连絮凝起了促进作用. 聚丙烯酰胺分子在水中不带电, 故当介质pH升高使皂土颗粒双电层变厚时, 絮凝能力迅速下降.     

聚电解质混合物在均匀带电平面上吸附的密度泛函研究

采用非局域密度泛函理论计算方法(NLDFT), 我们研究了两种带相反电荷的聚电解质混合物在均匀带电平面上的吸附以及吸附层的电荷反转现象. 我们对表面带电密度和聚电解质链段的价态对吸附的影响做了系统研究, 发现在体系中不含小离子的情况下, 当体系中两种聚电解质链段都为单价时, 和表面带相反电荷的聚电解质链能够吸附在平面上, 而和表面带相同电荷的聚电解质链和表面之间相互排斥, 整个过程就是表面电荷被与之带相反电荷的聚电解质链上所带电荷中和的过程, 没有出现明显的电荷反转现象|当体系中作为反离子存在的聚电解质链段价态为二价时, 和表面带相同电荷的聚电解质链能在表面上吸附, 出现明显的电荷反转现象. 理论研究表明, 以反离子居中为媒介的静电相关效应是聚电解质混合物出现多层吸附的主要驱动力之一.     

聚离子液体功能材料研究进展

聚离子液体(PILs)材料兼具离子液体和聚合物的性质, 近年来已经在高分子化学、材料科学及能源科学等领域得到初步应用, 并引起了人们广泛关注. 本论文介绍了聚离子液体的合成, 综述其在(准)固态电解质、燃料电池聚电解质膜、刺激响应性功能材料, 以及碳材料等相关领域的研究与应用.     

在非水介质中制备聚电解质静电吸附自组装膜

静电吸附自组装是近年来得到广泛研究和应用的一种制备超薄膜的方法,具有操作简单,膜厚可控等很多优点,已经被广泛应用于制备各种功能薄膜材料[1~4].通常情况下,聚电解质的静电吸附自组装都是在水中进行的.一方面,聚电解质在水中可以很容易的实现电离;另一方面,以水做介质可以避免有机溶剂的污染,尤其对模仿各种生物环境非常有利.所以自1991年Decher首先报道该方法以来,绝大多数的聚电解质静电吸附自组装是以水为介质.但是,以水做介质也常常会遇到一些困难,尤其对于疏水性(包括非水溶性)聚电解质来说.在当前研究的许多热点领域中如导电、发…     

表面活性剂对污泥脱水性能影响的机理研究:Gemini表面活性剂与聚电解质相互作用的分子动力学模拟

表面活性剂可以与污泥表面的胞外聚合物(EPS)吸附形成胶束,释放出自由水和结合水,从而达到改善污泥脱水性能的目的.本文采用粗粒化的分子动力学模拟方法,研究了Gemini表面活性剂与EPS形成复合物的过程和结构.聚电解质链的亲疏水性对吸附过程有显著影响,亲水聚电解质链与Gemini表面活性剂吸附的主要驱动力为静电吸引,Gemini表面活性剂头基吸附在链上,尾链朝向溶剂;疏水聚电解质链与Gemini表面活性剂吸附过程由静电作用与疏水作用共同促进,Gemini表面活性剂以平行于聚电解质链的构型存在.Gemini表面活性剂联结基团长度对吸附过程的影响甚微;聚电解质链的电荷密度对亲水聚电解质链的吸附产生协同作用,对疏水聚电解质链的吸附不产生作用.     

水溶性共轭聚电解质

水溶性共轭聚电解质主要是指含离子型官能团侧链的共轭聚合物,可在水或其它极性有机溶剂中能够溶解。这类化合物把传统共轭聚合物的光电性质和聚电解质的水溶性特点结合在一起,显示出的一些独特性质,可在新一代光电器件制作和化学生物荧光传感器中获得多样的应用。本文总结了近10年来报道的水溶性共轭聚电解质的结构特点和合成方法,以及对不同化学或物理条件下光物理性质的研究,归纳了它们在新一代光电器件制作和荧光传感中的应用,并在此基础上提出了水溶性共轭聚电解质研究中尚待解决的问题,并展望了水溶性共轭聚电解质的应用前景。     

相反电荷聚电解质/表面活性剂体系界面行为研究新进展

介绍了中子反射在相反电荷聚电解质/表面活性剂体系的界面行为研究中的基本原理.在阐述经典的弱相互作用体系的界面吸附行为和表面张力曲线的基础上,分析了聚合物浓度、电解质、表面活性剂疏水基链长对相反电荷聚电解质/表面活性剂体系表面张力曲线的影响,并结合中子反射实验结果,根据相反电荷聚电解质/表面活性剂体系的表面张力曲线是否出现突跃峰,将其界面吸附行为分为两类并提出了两种类型表面张力曲线对应的理论模型.     

侧链型偶氮聚电解质自组装和膜结构研究

研究了4种侧链型偶氮聚电解质的自组装过程及其对自组装膜结构的影响.用聚电解质上的偶氮基团作为“探针”,研究了自组装过程中出现的生色团取向、解吸附和非线性增长等现象.这些侧链型偶氮聚电解质均具有较好的自组装性,但其自组装行为有很大差异.在不同的pH条件下,聚电解质的电离程度不同,导致吸附过程和自组装膜结构亦明显不同.自组装膜的增长和结构取决于体系中吸附和解吸的平衡.偶氮生色团端基的亲水或疏水性对自组装膜的增长有明显的影响.偶氮聚电解质自组装过程不同阶段出现的非线性增长现象,分别反映了基底、溶液性质和聚电解质结构等因素的影响.     

壳聚糖改性絮凝剂絮凝性能的研究

壳聚糖是一种性能优异的天然高分子材料。由于糖环上含有氨基,在酸性溶液中易形成阳离子型聚电解质,在水处理中显示出良好的絮凝性能。为了进一步提高壳聚糖的水处理性能,人们还通过化学方法制备高效壳聚糖改性絮凝剂材料。本文以一种壳聚糖改性絮凝剂——壳聚糖接枝聚丙烯酰胺共聚物为研究对象,以高岭土悬浊液为模拟水样,通过实验室烧杯实验,系统地研究了该材料的实际絮凝性能,考察了新型絮凝剂投加量和实际絮凝效果与原水温度、浊度的对应关系,并从絮凝机理角度讨论了絮凝剂投加量的变化规律。     

胶束增强型聚电解质微胶囊的制备

采用杂化碳酸钙微球作为模板, 利用LbL技术, 选择聚苯乙烯磺酸钠(PSS), 烯丙基胺的盐酸盐(PAH)和二烯丙基二甲基胺盐酸盐(PADA)聚电解质, 分别组装了PAH/PSS(弱/强)聚电解质胶囊和PADA/PSS(强/强)聚电解质微胶囊. 除去模板后得到了球形良好、分散均匀的聚电解质微胶囊. 研究结果表明, 利用杂化碳酸钙微球作为聚电解质微胶囊的模板, 得到的微胶囊的囊壁厚而致密, 同时, 由于组装采用的聚电解质的种类不同, 囊壁的微观形貌有较大差异.     

壳聚糖固体聚合物电池用膜

壳聚糖是甲壳素脱乙酰基的产物，具有良好的成膜性、生物相容性、环保以及价格低廉等特点。作为一种碱性高分子膜材料，近年来已成为聚电解质研究领域中的研究热点。本文综述了壳聚糖固体聚合物电池用膜的研究现状，其改性工艺主要包括共混、化学改性、质子酸掺杂、无机盐掺杂等方法，比较了各种工艺处理后壳聚糖固体聚合物电解质膜的性能差异，并就壳聚糖固体聚合物电解质膜中离子传导机理中有待解决的问题进行探讨，并提出了进一步改进壳聚糖固体聚合物电解质膜性能的研究思路。     

聚电解质层层自组装纳滤膜*

层层自组装技术能够方便地对膜的微观结构和组成进行调控,已在制备复合型纳滤膜方面取得了迅速的发展。本文综述了近年来用于聚电解质层层自组装纳滤膜的制备方法,种类以及影响因素。介绍了静态层层交替沉积、压力驱动自组装和电场强化自组装等三种制备方法;归纳了均聚型、共聚型和有机/无机杂化型等三类用于层层自组装纳滤膜的聚电解质的特点;讨论了聚电解质的荷电性、电荷密度和电离程度等因素对其自组装膜分离性能的影响。总结了聚电解质自组装纳滤膜在水处理和有机溶剂中物质的分离等方面的应用。同时,对提高聚电解质自组装纳滤膜的组装效率,分离性能和发展方向提出了设想和建议。     

两性聚电解质溶液的分子热力学模型和分子动力学模拟

从带电硬球混合物出发采用化学缔合理论建立了聚电解质和两性聚电解质溶液的分子热力学模型.用考虑溶剂的粘滞力和热浴随机力作用的分子动力学(MD)方法模拟了聚电解质和两性聚电解质溶液的渗透系数.对模型预测结果和MD模拟结果进行了比较,表明基于化学缔合理论的分子热力学模型可以用于聚电解质溶液和两性聚电解质溶液热力学性质的预测,对于均聚电解质溶液效果令人满意,对由直径不同的离子构成的聚电解质溶液,模型的预测效果变差,有待进一步改进.该模型对两性聚电解质溶液渗透系数的预测效果比对聚电解质溶液的预测效果更好.     

聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵在高分子膜燃料电池中的应用:从纳米颗粒到载体材料（英文）

高分子膜燃料电池是一类很有发展前景的可提供可再生能源的装置,这主要得益于它的零排放、无毒性和较低的操作温度.在高分子膜燃料电池的部件中,电催化剂对于提高输出能量密度和/或工作寿命起到至关重要的作用.在过去的几十年中,科学家提出了很多办法和策略以解决电催化剂的活性和稳定性问题.尽管基于聚电解质的层层自组装制备膜电极的方法已经研究多年,但聚电解质在催化剂制备方面的作用仍需更多的关注.最近几年,已有很多人将聚电解质应用于催化剂设计制备,其中聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)的研究较为系统,因此,本文重点关注PDDA,目的是总结出一些有用的信息,以便为该领域未来的研究发展提供一些参考.本文收集了一些聚电解质在电催化剂纳米颗粒和载体材料两方面应用的文献,不仅讨论了聚电解质在催化剂颗粒粒径、形貌和组成方面的影响,还总结了其在修饰载体材料方面的应用.最后,本文还展望了聚电解质在催化剂设计制备领域的发展.通常,聚电解质有三个主要的特征:(1)在水溶液中容易解离为带相反电荷的长链结构和离子;(2)长链结构中带有独特的官能团结构;(3)当溶液浓度变化时其结构会发生转变.因此,聚电解质可以在电催化剂层面作为纳米反应器来控制金属纳米颗粒的生长,可功能化或掺杂纳米颗粒以及载体材料,可以保护纳米颗粒或载体不衰减,同时还可使其他物质带电,利用自组装方法制备有序的催化剂.然而,相关研究大都集中于PDDA,因此,其他聚电解质还需要进一步的系统研究,以便了解聚电解质特征、制备的催化剂以及催化性能之间的关系.PDDA在该领域的研究还需在如下几个方面继续进行.(1)聚电解质通常不是电子的良导体,其在催化剂表面的吸附会造成活性位的损失.尽管已经提出一些相对有效的方法,例如热处理、化学洗涤或光降解等,但仍需继续进行系统的研究和提出有效的方法.(2)先进的研究手段,如原位观测和模拟等还需进一步发展,尤其是研究聚电解质在催化剂形成过程中的功能和影响,这有利于构效关系的研究.(3)目前该领域制备的催化剂大都使用半电池或三电极体系来评价,但与实际的燃料电池装置有本质不同.由于复杂的工作条件,例如水热管理、不同组件的界面耦合等,聚电解质制备催化剂在膜电极中有可能不能表现出优良的性能.因此,上述催化剂的研究还应考虑燃料电池的实际运行情况.     

聚丙烯酰胺絮凝效果的母液浓度依赖性及其影响

考察了相同剂量下不同浓度阴离子型聚丙烯酰胺絮凝剂(PAM)母液对三氧化二铁悬浮液的絮凝效果.通过电导率和流变行为测试,阐明了随母液浓度增大絮凝效果先变好后变差的原因.研究结果表明,母液浓度为0.3 g/L时PAM絮凝效果最佳.根据聚电解质标度理论及流变测试结果,认为此最佳母液浓度(cop)接近临界缠结浓度.母液电导率及加入絮凝剂后的搅拌过程中水体电导率变化表明,絮凝剂浓度高于最佳母液浓度时出现的电荷屏蔽现象使得有效电荷减少,导致高母液浓度下絮凝效果变差.向低浓度母液中添加适量β-环糊精后,环糊精分子通过氢键作用搭桥使PAM分子间距变小,发生协同絮凝形成足够大的絮体,从而使絮凝效果得到改善.这一结果表明,低于最佳母液浓度时由于PAM分子相对孤立形成的絮体不足以沉降,是导致絮凝效果较差的原因.     

酸性分子筛催化乙烯二聚反应

应用密度泛函理论(DFT), 采用5T簇模型来模拟分子筛催化剂的酸性位, 在B3LYP/6-311+G(3df, 2p)的条件下通过理论计算研究了乙烯在酸性分子筛上的二聚反应. 对反应各驻点进行了全局优化, 经过零点能校正后, 计算得出乙烯二聚反应的活化能. 研究表明, 乙烯在分子筛上的二聚反应分三步进行: 单个乙烯分子化学吸附→第二个乙烯分子的物理吸附→两乙烯分子二聚反应. 乙烯化学吸附生成的烷氧化合物与物理吸附的乙烯分子发生二聚反应生成新的C—C键同时生成新的烷氧化合物. 计算得到的乙烯化学吸附和二聚反应的反应能垒分别为108和149 kJ·mol-1. 反应的逆过程也就是1-丁烯在酸性分子筛表面的1-丁基烷氧化合物发生β分裂反应, 计算所得相应的1-丁烯β分裂反应的能垒为217 kJ·mol-1, 远高于相应的乙烯二聚反应能垒. 此外还进一步研究了所用基组对计算结果的影响.     

基于荧光共轭聚电解质的生物分子检测*

共轭聚电解质综合了传统共轭聚合物的光电性质和聚电解质的水溶性特点,使其在新一代化学生物荧光传感器中获得多种应用。本文总结了近五年来报道的共轭聚电解质（聚芴、聚噻吩、聚苯撑乙烯、聚苯撑乙炔等）用于检测生物分子的研究进展,并对共轭聚电解质的应用前景进行了展望。     

黑曲霉脂肪酶的耦合固定化及特性

研究了吸附-絮凝耦合的方法固定脂肪酶的工艺条件.结果表明:在33℃下,用0.03mol/L的磷酸二氢钾?氢氧化钠缓冲液控制体系pH为7.0,酶与树脂(质量比1∶8)作用吸附1h后,用0.2mL絮凝剂聚丙烯酰胺(w(PAM)=0.5%)处理,得到活力较高的固定化脂肪酶.固定化酶最适pH9.0,最适温度为45℃,活力为405U/g,酶活回收率可以达到40%.固定化脂肪酶制备简便,可重复使用,稳定性较高.